5500摄氏度,太阳表面温度怎么测出来的?依靠红外线测温法
太阳是太阳系中唯一一颗能够自主发光发热的天体 , 它所释放的能量来自于其内部的氢核聚变 , 那么这颗熊熊燃烧的大火球表面到底有多少度呢?约为5500摄氏度 。
目前世界上已知的熔点最高的物质是铪的化合物 , 也就是五碳化四钽铪 , 其熔点达到了4215摄氏度 。 可见 , 没有任何已知的物质可以经得起太阳表面高温的炙烤 , 既然如此 , 太阳表面的温度 , 我们又是如何测量出来的呢?其实就是依靠红外线测温法 , 严谨一点来说也可以称之为电磁波测温法 , 现在我们测量体温所使用的红外线测温仪其实也是相同的原理 。 那么为什么依靠红外线就能够测出物体表面的温度呢?红外线到底是什么呢?
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红外线是一种光 , 一种波长在760纳米到1毫米之间的光 。
既然红外线是光 , 那我们就要从光的组成说起 。 平日里我们所见的日光基本上是白色的 , 但这并不是因为日光本身就是白色的 , 这种白色的光是由多种颜色的光组合而成的 。 在雨后 , 由于空气中充满了细小的水珠 , 而光照射到水中会发生折射 , 于是原本呈现白色的日光就会被拆分为7种颜色不同的光 , 这就是光的色散 。 最早发现光的色散原理的人是著名的物理学家牛顿 。 牛顿将一道白光照射到三棱镜上 , 光在穿透三棱镜后就会由一道白光变为一束层次分明的彩色光线 , 并且这束光线总是呈现出赤橙黄绿青蓝紫的顺序 。
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白色的光在穿透三棱镜之后为什么就会变为一束彩色的光线呢?
是因为白光中本来就包含了不同颜色的光 , 还是光与三棱镜发生了某种反应之后产生了彩色的光呢?为了得到答案 , 牛顿又将彩色的光束通过凸透镜进行汇聚 , 然后让它们再次穿过三棱镜 , 结果这束彩色的光又重新汇聚成了一道白光 , 事实证明白光是一种复合光 , 它是由多种元素的光组合而成的 。 当白光照射到三棱镜或者水中时会发生折射 , 而不同的光由于波长不同 , 所以折射率也不相同 , 因此在折射之后它们就被按照赤橙黄绿青蓝紫的顺序分开了 , 这就是光的色散 。
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牛顿虽然发现了光的色散 , 但并没有发现红外线 , 发现红外线的人是后来的英国天文学家赫歇尔 。
阳光照射到物体上会致使物体升温 , 既然阳光可以色散为7种颜色 , 那么哪一种颜色的光能够让物体升温更快呢?为了弄清楚这一问题 , 赫歇尔进行了一次实验 , 他将日光色散为一束七彩光线 , 并在每一个光线照射的地方放上了一个温度计 , 并且也在红色的光前面没有被照射到的地方放置了一个温度计 。 实验结果出乎意料 , 升温最快的竟然是最前面那个没有被光照射到的温度计 。 为什么会这样?其实那个温度计并不是没有被照射到 , 只是照射它的光 , 我们看不到 , 这道看不见的光就是红外线 。
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在后来的研究中 , 人们逐渐发现一切物体都会向外辐射电磁波 , 而所辐射的电磁波的波长与物体的温度有着密切的关系 。
物体的温度越高 , 向外辐射的电磁波就越向短波段靠拢 。 举例而言吧 , 日常我们所见的大多数物体温度都不是很高 , 所以它们所辐射的电磁波都处于波长较长的红外线波段 , 因此我们看不见它们所发出的光 , 只有使用红外线夜视仪才能够看到 。 但如果我们将一个物体不断加热 , 比如一个铁块 , 随着它的温度升高 , 它所辐射的电磁波就会进入波长较短的可见光波段 , 于是我们就会看到铁块变红、变橙 , 乃至变黄 。
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